城市天然气门站放散系统设计的分析

针对城市天然气门站放散系统存在的问题,对安全阀的整定压力、不同压力级制放散汇管之间的影响及放散总管的计算方法进行分析。     

复杂压裂缝网页岩气储层压力传播动边界研究

页岩气储层中存在大量的纳微米孔隙,且孔隙裂缝结构复杂,气体渗流阻力大,存在多尺度渗流的问题;页岩气储层压力扰动随时间向外传播并非瞬时到达无穷远,其渗流规律就是一个压力扰动边缘动边界的问题.基于对以上问题的研究,本文建立了渗透率分形分布和高斯分布的渗透率表征模型,对不同形态缝网压裂特征就渗流规律进行了描述,并利用稳态依次替换法,考虑页岩储层中扩散、滑移及解吸作用,进一步研究了多级压裂水平井不稳定渗流压力扰动的传播模型,得到不同压裂条件下压力扰动边界随时间变化的关系,并结合我国南方海相龙马溪组页岩气藏储层参数,应用MATLAB编程.研究表明:压力传播动边界随时间增加逐渐向外扩展,渗透率越小,压力传播越慢;未压裂储层压力传播速度<渗透率分形分布压裂储层传播速度<渗透率高斯分布压裂储层传播速度.对于渗透率极低的页岩气储层,压力传播慢,气井自然产能低,必须对页岩气储层进行大规模的储层压裂改造,并控制压裂程度,以提高页岩气开发效果;基于压力传播动边界的扩展优化页岩储层压裂井段间距90 m,优化渗透率分形分布压裂井井间距318 m,渗透率高斯分布压裂井井间距252 m.因此应合理控制页岩储层压裂改造规模,实现优产高产.模型模拟结果与实际生产数据拟合较好,验证了本研究理论模型的适用性.     

存在局部源汇的Terzaghi固结模型解析

经典Terzaghi固结理论模型通常仅考虑外荷载变化引起的土体固结,而没有考虑工程中真空井点降水、回灌等问题引出的局部源汇对土体固结过程的影响。为此在Terzaghi模型基础上,采用一阶导数的不连续性引入局部源汇条件,然后按分离变量法导出了存在局部源汇的Terzaghi固结解析解。结合算例简要分析了定常源汇情况下双面排水地基中超静孔压的分布规律,以及局部源汇引起的固结度与传统的荷载引起的固结度的差异规律。结果表明：源汇点埋深、源汇强度和土层固结系数对负超静孔压的发展规律具有重要影响;超静孔压的空间分布形态以源汇点为界分为上下两段曲线。此可用于分析工程中源汇问题引起的地层沉降或抬升等工况。     

地震荷载作用下海底管线的动力反应分析

 地震荷载作用下海床中的孔隙水压力与有效应力是影响海底管线稳定性的主要因素。然而在目前的海床动力响应分析中一般将管线假定为刚性,并不能合理地考虑海床与管线的相互作用效应,同时也没有考虑地震荷载作用下海床边界的等效处理。为此,基于Biot动力固结理论建立海床–管线相互作用的计算模型,以大型有限元软件ADINA为平台对El Centro地震波作用下的海底管线的动力响应以及管线周围土体的孔隙水压力变化规律进行分析,讨论不同的管线半径、管线壁厚和土性参数对计算结果的影响。在数值计算过程中引入黏弹性人工边界,有效地模拟散射波由有限域到无限域的传播,较为实际地反映在地震波作用下海底管线的动力响应问题。     

不同应力路径下钙质砂力学特性的排水三轴试验研究

钙质砂的力学性质既有强度低、易破碎的特点,又有应力路径依附性的特性。为了研究不同应力路径对钙质砂的颗粒破碎和力学性质的影响,对不同固结压力的钙质砂进行了5种应力路径下的排水三轴压缩试验。结果表明:不同应力路径对钙质砂的应力–应变关系、抗剪强度和颗粒破碎特性有较大的影响。相同固结压力下,等轴向应力试验的剪胀现象最为明显,颗粒破碎率最小,峰值内摩擦角最大;等围压试验的剪胀现象最不明显,颗粒破碎率最大,峰值内摩擦角最小;等平均主应力试验的这些性质介于上述两种试验之间。等主应力比和等向固结试验在加载过程中主要表现为试样的体积压缩,因此与另外3种应力路径试验差别很大。不同应力路径对钙质砂应力–应变关系和强度的影响,除了砂土具有应力路径依附性的特性外,主要来自于应力路径和固结压力的不同产生的颗粒破碎程度不一致造成的影响,使得在不同的应力路径试验中钙质砂的力学性质表现出更大的差异。     

高饱和度饱和土中爆炸波的传播特性

利用φ2.5×5 m爆炸模拟装置进行饱和土接触爆炸模拟试验,在获得爆炸波在饱和土自由场中传播的试验数据的基础上,拟合出压力、动量、上升时间随比例距离变化的公式,通过综合分析给出了饱和土中波传播的规律。理论分析揭示了饱和土中应力波传播时出现流体动力区和冲击波形成等性质,建立了饱和土双线性递增硬化本构关系;在饱和土试验中,存在由冲击波向弹性波转化的分界压力,这个分界压力是与介质性质有关的参数,在不同的土中产生冲击波的条件不相同。高饱和度的饱和土中应力波在点爆炸条件下的三维弥散空间中也较容易产生冲击波,因此,在同样的爆炸条件下,饱和土中结构具有更大的破坏可能性。     

岩体中爆腔内压力脉动特征和爆炸能量分布的数值模拟

分析了对岩体中爆炸能量分布和爆腔内压力研究的现状,为进行这方面的研究,在块体离散元基础上独立开发了可变形多尺度计算模型和爆源模型,改进后的数值模型适合研究爆源近区的爆炸效应。通过该模型对岩体中爆腔内压力和爆炸能量分布进行了数值模拟,分析了爆腔内压力脉动特征,指出爆源近区岩体结构性质对爆腔内压力脉动规律影响不大,爆腔内压力峰值与炸药量无关;结合热力学和弹性力学知识分析了不同条件下爆炸能量分布规律,研究了岩体破坏对爆炸能量分布的影响,给出了岩石断裂破坏消耗能量、变形能、用于抛掷的能量的比例。     

衬砌压力隧洞的弹塑性分析

基于岩体应变非线性软化本构模型,考虑中间主应力的影响,对衬砌圆形压力隧洞在等压荷载下进行弹塑性分析,对弹塑性边界位置在村砌范围内和围岩范围内分别进行了讨论,指出根据弹塑性边界位置的不同应采用不同的计算公式,并得到了由隧洞开挖卸荷引起的、围岩开始屈服时的极限压力以及内压力作用下分别使衬砌、围岩开始屈服时的极限压力。     

建设项目理论重构初探：一个新制度经济学的视角

结合我国建筑业的实际，从新制度经济学的角度对建设项目理论重构问题进行了初步探讨。建设项目理论研究存在的主要问题是：研究视角缺少高度，研究范畴边界不清，项目治理理念缺失；它们不仅影响理论自身的发展，而且在实践中造成十分有害的后果。针对这些问题，提出了理论重构的基本原则和内容：一是调整立场，即从企业本位转变为项目本位的立场；二是拓宽视野，即要站在新的高度，全面审视建设项目的性质；三是厘清边界，明确界定不同研究范畴的边界与内涵；四是多元整合，在全面审视建设项目性质的基础上，集中不同流派的优势，形成新的分析框架。     

复杂介质对地震波传播的影响

本文基于两相介质动力学方程组,利用显式集中质量有限元结合透射人工边界,研究了水平自由场地单相土、欠饱和土和饱和土及不同模量的土层排列结构对地震波传播的影响。结果表明介质的性质对P 波传播有明显的影响;而土层结构对SV 波传播有明显影响。同时,本文还研究了横向不均匀场地地震反应,结果进一步表明,仅用一维模型研究横向不均匀场地会引起较大误差。     

地球物理场中煤层气渗流控制方程及其数值解

 为探索地球物理场中原地煤层气运移能力对煤层气储集和富集能力的影响,以地应力场、地温场中煤层气连续性方程、气体状态方程、吸附方程、渗流方程为基础,建立了应力、温度影响下的煤层气渗流控制方程。方程体现了地应力和地温对煤层气压力、含量、渗透率和孔隙率的影响,其中,应力和温度通过影响煤层气压力影响吸附量,通过影响煤层气压力和孔隙率影响游离量;温度还通过影响吸附常数b影响吸附量;不同的应力、温度组合条件下,渗透率的变化机制不同。通过Kaiser声发射原岩应力测试实验、不同温度下煤的甲烷等温吸附实验、不同温度及有效应力下煤体中甲烷渗流实验以及煤的孔隙率、工业分析等实验,研究应力、温度影响下的煤层气渗流特征。不同温度下煤的甲烷等温吸附实验表明,吸附常数a随温度变化不明显,b随温度升高而下降;不同温度、不同有效应力条件下煤的甲烷渗流实验表明,小有效应力条件下,煤体中甲烷渗透率随温度升高而升高;大有效应力条件下,渗透率随温度升高而下降。以实验数据和原始地质资料为基础,采用有限差分法,进行了地球物理场中原地煤层气渗流运移能力的一维、二维数值模拟。计算表明：研究区现今原地煤层气渗流运移导致的煤层气散失甚微,低渗煤层具有良好的储集和富集能力,但不利于后期开采,卸除地应力和升高温度是提高煤层气抽采率的有效途径。     

钢筋混凝土结构腐蚀损伤裂纹扩展轨迹模拟与数值分析

通过取样检测 ,系统分析了钢筋锈蚀形状变化特征、混凝土表面裂纹宽度变化特征 ;在取样检测分析的基础上 ,给出了钢筋锈蚀层椭圆外轮廓线数学模型和相应的任一点锈蚀层厚度的计算公式 ;然后依据三个基本假定 ,给出锈蚀层虚拟边界位移离散化力学模型和相应的虚拟边界位移解和虚拟边界应力解 ;最后在虚拟边界位移条件下 ,用数值流形元法模拟了二类锈胀随服役时间变化引起裂纹扩展轨迹的问题 ,其模拟结果与实验结果相吻合     

单相水流动煤层气井流入动态分析

 单相水流动煤层气井流入动态是确定煤层气井合理工作制度的依据和分析煤层气井动态的基础。基于煤层流体的渗流规律,建立满足达西渗流和非达西渗流煤层气井的流入动态预测模型,通过鄂尔多斯盆地现场实例验证,得到单相水流动煤层气井的流入动态。结果表明：预测模型考虑煤层参数、流体物性和非达西表皮效应,结果具有较高精度,整体误差可控制在12%以内。煤层流体渗流速度不大时,宜采用煤层供给边缘压力不变时的达西渗流模型分析流入动态,而在雷诺数大于0.3和产水量超过30 m3/d时,需采用非达西渗流模型。排采前期加大生产压差,可有效控制排液量大小,防止煤粉运移而破坏储层,利于煤层水的渗流,压力差由0.44 MPa上升为3.68 MPa后,产能由10 m3/d提高到40 m3/d。增大煤层渗透率会提高储层的综合导流能力,显著增大煤层气井产能,渗透率由0.9×10－3 μm2变为6.15×10－3 μm2时,产水量由3.5 m3/d增大到15.9 m3/d;减小表皮系数使流入动态曲线明显向右移动,同一井组的表皮系数为－3.10和－4.85时,产水量分别为34.8和45.6 m3/d。     

不同围压条件下TBM刀具破岩模式的数值研究

为了研究不同围压条件下TBM刀具在掘进施工过程中的破岩机理,基于2-D离散单元法,利用UDEC仿真软件建立了双把TBM刀具侵入岩石的仿真模型。在此基础上设计了一组数值试验,成功地模拟出了不同围压条件以及不同刀间距下岩石裂纹生成,扩展和岩石破碎的全过程。仿真结果表明：TBM刀具作用下岩石存在四种基本的破碎模式,它们的出现与围压以及刀间距有关;破碎模式对刀具的破岩效率,岩石破碎块度均有影响;随着围压的增加,最优刀间距增大,但围压超过一定值后,最优刀间距反而减小。     

应力波在承台-桩系统中传播数值分析

通过应力波在承台-桩系统中传播有限元计算,分析了承台-桩几何尺寸、承台-桩材料特性对应力波传播图案及能量的影响,同时还讨论了激振频率、激振区域、接收点位置以及邻桩桩体反射波对测点信号影响。计算表明承台的几何尺寸对应力波在承台-桩传播影响很大。边界的反射波不再是单一的波,而是很复杂的波列,它不仅会影响承台表面测点的响应,而且还会在承台-桩交界面形成新的入射、反射,使得测点的桩身反射波形识别很困难。     

高速剪切条件下土的颗粒流模拟

 以高速环剪仪试验为原型,利用颗粒流模拟程序PFC建立无黏性土的环剪模型,进行在高速剪切条件下的环剪试验。通过将模拟试验结果与高速环剪仪所作砂土剪切试验结果进行对比,模拟试验和高速环剪试验试样的不均匀系数分别为1.64和1.45,2个试验的应力变化趋势相近,应力水平接近,模拟结果所反映的应力变化与物理试验的一致。模拟试验中代表土颗粒的球单元之间的接触模型采用的是线性接触模型,适合模拟无黏性土。模拟试验中发现剪切边界对剪切带的形成影响较大,对比墙、球环和球环+齿状结构3种剪切边界的剪切效果发展,球环+齿状结构的剪切边界可以保证剪切试样内外剪切速率的一致性。     

原位气体渗透率测量试验公式推导及分析

原位气体渗透率测量试验能够较真实地给出孔隙介质原位渗透率,克服了实验室试验对试样孔隙结构强度要求高、试样尺寸代表性小的不足。根据径向一维稳态气体渗流方程推导出原位试验公式,并用二维轴对称模型分析了试验区域的压力场分布,进而给出公式中径向外边界rout取试验段长度与单根胶塞长度1/2和,以及有效测量范围为半径rout球形区域的结论。同时推导出试验符合达西定律的判断方法:从小到大至少进行3次不同流量的试验,在以流量为横轴,压力平方差为纵轴的坐标系中,试验数据点能够近似拟合成一条过原点的直线。     

DDA方法中的人工边界问题研究

 数值分析中的人工边界可能会引入虚假的反射波,不可避免地影响求解,针对非连续变形分析(DDA)方法中的人工边界问题,首先,基于Newmark法推导黏性边界、黏弹性边界对DDA方程组的贡献;其次,为更好地解决地震等外源入射问题,在DDA中引入了自由场边界;最后,为保证静、动力分析过程转换时边界的一致性,在DDA中实现静动力统一边界。利用改进后的DDA程序进行算例分析,结果表明：各人工边界理论在DDA程序实施正确;黏性边界能高效地吸收人工边界处的反射波,黏弹性边界可以反映介质的弹性恢复能力;与黏性边界相比,两侧施加自由场边界模拟无限域运动可以减少边界的影响;引入统一人工边界的DDA可以完整地模拟静、动力计算全过程。     

Experimentelle und numerische Untersuchungen von Brandszenarien vor Fassaden unter Berücksichtigung verschiedener Abstände

Experimental and numerical investigations of fire scenarios in front of façades considering various distances Constructional boundary conditions, e. g. walls or façades, close to ignition sources affect the fire formation and the plume. It is already known, that boundaries (e. g. walls) constrain the entrainment of air and oxygen into the plume and the combustion of gas or flammable products is completed at larger heights. How far the location of the fire sources, the building geometry and the heat release rate affect the characteristics of a flame is investigated at the Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB) of TU Braunschweig in line with a series of experiments with a square gas burner. For the implementation of the fire tests the test rig in Braunschweig is provided with extensive measurement techniques to determine heat flux, wall‐bounded temperatures, temperatures for plume measurements and upward velocity. In this paper the data of the fire tests are discussed and compared with the results of a CFD‐Model and selected empirical calculation approaches.     

Modeling of foundation heat exchangers—Comparison of numerical and analytical approaches

Foundation heat exchangers (FHXs) are an alternative to more costly ground heat exchangers utilized in ground-source heat pump (GSHP) systems serving detached or semi-detached houses. Simulation models of FHX are needed for design and energy calculations. This paper looks at two approaches used for development of simulation models for FHX systems: a simplified analytical model and a detailed numerical model. The analytical model is based on superposition of line sources and sinks. The numerical model is a two-dimensional finite volume model implemented in the HVACSIM+ environment. Both the analytical and numerical models have been validated again experimental results from a test house located in Oak Ridge, Tennessee. Six geographically diverse locations are chosen for a parametric study; results of the two models are compared, and differences between the results are investigated.